單片機(jī)技術(shù)的多功能路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).docx

基于單片機(jī)技術(shù)的多功能路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)號(hào): (2012屆) 題 目 基于單片機(jī)技術(shù)的多功能路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生 學(xué) 院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 校內(nèi)指導(dǎo)教師 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 校外指導(dǎo)老師 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù) 二?一二年六月基于單片機(jī)技術(shù)的多功能路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 要:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力消費(fèi)也隨之快速增長(zhǎng)。如何節(jié)能降耗己成為近摘年來(lái)研究的熱點(diǎn)。本課題就是針對(duì)我國(guó)在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而提出的。本系統(tǒng)利用紅外傳感器模塊、聲控模塊、光控模塊和時(shí)鐘控制模塊，并結(jié)合深圳宏晶科技公司的STC89C52RC單片機(jī)芯片制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多功能路燈控制的功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件和軟件，其中硬件設(shè)計(jì)采用以STC89C52RC單片機(jī)為主CPU構(gòu)建的單片機(jī)最小系統(tǒng)，通過(guò)紅外控制模塊，光控制模塊，時(shí)鐘控制模塊和聲音控制模塊，將采集到的數(shù)據(jù)送給STC89C52RC單片機(jī)芯片進(jìn)行處理;軟件設(shè)計(jì)是在Keil平臺(tái)上，以C51為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)的一款路燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)分為四個(gè)功能模塊:聲控功能，光控功能，時(shí)鐘控制功能和紅外控制功能，通過(guò)檢測(cè)STC89C52RC單片機(jī)與模塊之間連接引腳的信號(hào)實(shí)時(shí)的控制路燈的開(kāi)關(guān)，以及其它的操作(如時(shí)間設(shè)定、LCD顯示等)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制路燈的功能，節(jié)約了人力和能源消耗，從而實(shí)現(xiàn)了良好的社會(huì)效益。 關(guān)鍵詞:STC89C52RC單片機(jī)，DS1302時(shí)鐘芯片，光敏控制，紅外控制，聲音控制 I The design of automatic control system of multi-functional street lights based on microcontroller technology Abstract: With Chinas rapid economic development, electricity consumption along with rapid growth. How to save energy has become a hot research in recent years .This topic is for Chinas urban lighting on the enormous energy consumption .The system uses infrared sensor module , voice module , the light control module and the clock control module , and combines the smallest single-chip system produced by STC89C52RC microcontroller of the Shenzhen macro crystal technology company to achieve the control functions of the multi-functional street lights .System design includes hardware and software, including hardware design uses STC89C52RC microcontroller as the main CPU to build the smallest single-chip system, via infrared control module , the light control module, the clock control module and the voice control module , giving the collected data to STC89C52RC microcontroller to deal with. Software design is in the platform of Keil, the C51 for the development of language, the development of a street light control system .The system is divided into four functional modules: voice features, light control function, clock control function and infrared control functions, it real-time controls of the lights off, and other operations (such as time settings, LCD display, etc.) by detecting the connecting pin signal between STC89C52RC microcontroller and module. The system achieves the automatic control of street lamp function, saves manpower and energy consumption, thus to achieve a good social. Key words: STC89C52RC microcontroller;DS1302 clock chip; the photosensitive control; infrared control; sound control II 摘要.I 目錄. III 1 引言 . 1 1.1 課題概述 . 1 1.1.1 課題的研究背景 . 1 1.1.2 課題研究的目的及意義 . 1 1.2 課題的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 2 1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容 . 2 2 總體設(shè)計(jì) . 3 2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)說(shuō)明 . 3 2.2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) . 3 2.3 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) . 3 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 5 3.1 STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) . 5 3.1.1 STC89C52RC單片機(jī)的特性 . 5 3.1.2 STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) . 7 3.2 時(shí)鐘控制電路模塊設(shè)計(jì) . 9 3.2.1 DS1302芯片的特性 . 9 3.2.2 時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì) . 11 3.3 光控電路模塊設(shè)計(jì) . 12 3.3.1 ADC0832芯片的特性 . 12 3.3.2 光控電路模塊設(shè)計(jì) . 14 3.4 聲控電路模塊設(shè)計(jì) . 14 3.5 紅外電路模塊設(shè)計(jì) . 15 3.6 鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì) . 15 3.7 LCD液晶顯示電路設(shè)計(jì) . 16 3.7.1 LCD1602概述 . 16 3.7.2 LCD1602與單片機(jī)的接口電路 . 19 3.8 電源電路設(shè)計(jì) . 19 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 20 4.1 軟件設(shè)計(jì)的總體流程圖 . 20 4.2 各功能模塊的軟件設(shè)計(jì) . 20 4.2.1 時(shí)鐘控制模塊軟件設(shè)計(jì) . 20 4.2.2 紅外控制模塊軟件設(shè)計(jì) . 22 4.2.3 聲音控制模塊軟件設(shè)計(jì) . 24 4.2.4 光控制模塊軟件設(shè)計(jì) . 25 5 系統(tǒng)仿真 . 28 5.1 Proteus介紹 . 28 5.1.1 Proteus軟件的特點(diǎn) . 28 5.1.2 Proteus軟件的功能 . 28 5.2 Keil的概述 . 29 5.3 功能仿真 . 30 5.3.1 時(shí)鐘控制功能的仿真 . 30 5.3.2 光控制功能的仿真 . 31 6 結(jié)論 . 32 參 考 文 獻(xiàn) . 33 致 謝 . 34 附 錄 一:系統(tǒng)總體硬件原理圖 . 35 附 錄 二:系統(tǒng)總體硬件PCB電路圖. 36 附 錄 三:系統(tǒng)仿真圖 . 37 III 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 引言 1.1 課題概述 1.1.1 課題的研究背景 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力消費(fèi)也隨之快速地增長(zhǎng)。特別是在城市市政建設(shè)上，傳統(tǒng)的路燈控制與維護(hù)手段已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化發(fā)展的速度。城市市政建設(shè)日新月異，寬闊的街道，各種各樣的路燈給城市帶來(lái)了光明的同時(shí)也增添了城市的夜間魅力。但是由于道路、路燈眾多，傳統(tǒng)的人工管理模式已經(jīng)和快速發(fā)展的現(xiàn)代化城市建設(shè)不相適應(yīng)。如何節(jié)能降耗己成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)課題?；趩纹瑱C(jī)的多功能路燈控制系統(tǒng)是針對(duì)我國(guó)在城市照明上所存在的巨大的能源消耗問(wèn)題而研究提出的。 1.1.2 課題研究的目的及意義 (1)課題研究的目的 ?本次課題開(kāi)發(fā)的目標(biāo): 利用DS1302時(shí)鐘芯片，并結(jié)合聲控模塊，光控模塊，光敏控制模塊以及STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)板，實(shí)現(xiàn)多功能路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的。 ?基本要求: 系統(tǒng)通過(guò)STC89C52RC最小系統(tǒng)板和時(shí)鐘控制模塊，光控模塊，光敏控制模塊，聲控模塊對(duì)路燈進(jìn)行控制。 ?技術(shù)指標(biāo): 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的光敏控制有效距離3米以內(nèi);光控模塊不管是黑天白夜只要可見(jiàn)度不高，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)路燈;聲控模塊只要駐體極話筒能采集到聲音信號(hào)，路燈都將會(huì)被點(diǎn)亮;時(shí)鐘模塊平時(shí)可做鐘表顯示時(shí)間，設(shè)定開(kāi)關(guān)燈時(shí)間后，即可控制路燈的開(kāi)關(guān)。 (2)課題研究的意義 單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇: ?在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備(功率計(jì)，示波器，各種分析儀等)。 ?在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) ?在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其它音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在。 ?在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 ?單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 ?在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專(zhuān)用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中，就需要復(fù)雜的類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的原理。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域1-3。 都有著十分廣泛的用途1.2 課題的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在智能照明系統(tǒng)的研發(fā)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，照明系統(tǒng)正從結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、功能簡(jiǎn)單化向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開(kāi)發(fā)新一代智能照明控制系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。 國(guó)內(nèi)的智能路燈控制系統(tǒng)大都采用這么幾種方法:(1)無(wú)線控制器，視頻監(jiān)控設(shè)備和中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制;(2)中央控制器，紅外傳感器和開(kāi)關(guān)電路;(3)對(duì)射式激光傳感器系統(tǒng)(激光發(fā)射裝置和激光接收裝置組成)和中央控制器;(4)主控模塊和從控模塊組成，主控模塊由探測(cè)器、主控器、ZigBee協(xié)調(diào)器和路燈開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成，從控模塊由與ZigBee協(xié)調(diào)器模塊進(jìn)行無(wú)線通信的ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊和與ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊相接的路燈開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成。 目前，國(guó)外對(duì)路燈控制系統(tǒng)的研究也有了較大的進(jìn)展，特別是在將現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于路燈控制方面發(fā)展更快，如:在道路照明系統(tǒng)中大量使用嵌入基于載波芯片的智能控制器，基于LonWorks技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器替代低效的機(jī)械鎮(zhèn)流器的同時(shí)在配電柜中加裝智能服務(wù)器等。 1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的主要研究?jī)?nèi)容是如何節(jié)能。因此首先要對(duì)現(xiàn)代照明系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀以及城鄉(xiāng)街道的需求進(jìn)行分析，在對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)一步的進(jìn)行研究。在完成所有前期準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，得出了研制以STC89C52RC單片機(jī)為最小系統(tǒng)，采用聲、光、時(shí)鐘和紅外控制模式為一體的多功能路燈控制系統(tǒng)。 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的思想:系統(tǒng)有四個(gè)模塊，分別為:時(shí)鐘控制模塊、聲音控制模塊、光控制模塊、紅外控制模塊，只要選擇其中任一模塊都可以控制路燈的開(kāi)關(guān)。 2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)說(shuō)明 (1)時(shí)鐘控制模塊 時(shí)鐘控制模塊，選擇時(shí)鐘控制模式后，便可設(shè)置路燈的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間，通過(guò)設(shè)置好的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間來(lái)控制路燈的開(kāi)關(guān)。 (2) 光控制模塊 光控模塊通過(guò)光感器件實(shí)時(shí)的采集光線強(qiáng)度，并將采集到的模擬量送至ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，在將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送至STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行處理，當(dāng)光強(qiáng)值超出預(yù)設(shè)值時(shí)，路燈處于熄滅狀態(tài)，反之路燈將一直被點(diǎn)亮。 (3) 聲音控制模塊 聲音控制模塊通過(guò)駐體極話筒實(shí)時(shí)的采集聲音信號(hào)，并將采集的信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，當(dāng)有聲音信號(hào)時(shí)，聲音控制模塊會(huì)輸送一個(gè)低電平給單片機(jī)(同時(shí)聲音控制模塊中的LED燈會(huì)點(diǎn)亮)，這時(shí)路燈會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟;反之，當(dāng)聲音信號(hào)不強(qiáng)或沒(méi)有聲音信號(hào)時(shí)，路燈一直處于熄滅狀態(tài)。 (4) 紅外控制模塊 紅外控制模塊通過(guò)紅外探頭，實(shí)時(shí)的探測(cè)周?chē)淖兓?dāng)有人進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)，探頭輸出探測(cè)電壓，經(jīng)過(guò)放大后使信號(hào)的輸出電壓高于參考電壓，并將此電壓信號(hào)經(jīng)反相器反向后送至單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，路燈會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，反之路燈將一直處于熄滅狀態(tài)。 2.2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)采用以STC89C52RC單片機(jī)為主CPU構(gòu)建的單片機(jī)最小系統(tǒng)，通過(guò)紅外控制模塊，光控制模塊，時(shí)鐘控制模塊和聲音控制模塊，將采集到的數(shù)據(jù)送給STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行處理。其中紅外控制模塊主要由熱釋電紅外傳感器和BISS0001紅外信號(hào)處理器組成;光控制模塊由光敏元件和ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片組成，負(fù)責(zé)將采集到的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并送單片機(jī)進(jìn)行處理;聲音控制模塊由駐體極話筒和放大電路組成，負(fù)責(zé)將采集到的聲音信號(hào)放大后送入單片機(jī)中進(jìn)行處理，為了確保駐體極話筒采集到聲音信號(hào)且正確的傳送至單片機(jī)，在放大電路后加入了一個(gè)發(fā)光二極管，來(lái)指示聲音信號(hào)的有無(wú)，當(dāng)采集到聲音信號(hào)時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，反之一直處于熄滅狀態(tài);時(shí)鐘控制模塊外圍電路主要由DS1302時(shí)鐘芯片及時(shí)鐘芯片的外圍電路組成，時(shí)鐘芯片負(fù)責(zé)傳送年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等信息供單片機(jī)進(jìn)行處理。 2.3 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，Keil軟件十分方便系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、調(diào)試與測(cè)試等工作，可以有效的提高編程效率。本系統(tǒng)就是在Keil軟件平臺(tái)上，利用C51開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)主要分為四個(gè)模塊:第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 光控模塊，聲控模塊，時(shí)鐘控制模塊和紅外控制模塊。開(kāi)機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)后，首先進(jìn)行模式選擇，選擇后系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制模塊如圖2.1所示。 圖2.1 功能模塊圖 2.3.1 獲取處理數(shù)據(jù) 這部分主要實(shí)現(xiàn)的是外部模塊向STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)信號(hào)。 (1)聲控模塊:一旦采集到聲音信息將反饋給單片機(jī)一個(gè)低電平信號(hào)，單片機(jī)獲取到此信號(hào)就會(huì)做出相應(yīng)的信號(hào)處理。 (2)光控模塊:實(shí)時(shí)的進(jìn)行光強(qiáng)采集，并將采集到的模擬數(shù)據(jù)送ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)，單片機(jī)獲取到數(shù)據(jù)就會(huì)做出相應(yīng)的處理。 (3)時(shí)鐘控制模塊:時(shí)鐘芯片實(shí)時(shí)的反饋給單片機(jī)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒等信息。 (4)紅外控制模塊:紅外探頭實(shí)時(shí)的探測(cè)周?chē)那闆r，當(dāng)探測(cè)到有人時(shí)，反饋一個(gè)高電平信號(hào)經(jīng)反相器取反后將低電平信號(hào)送至單片機(jī)。 2.3.2 處理獲取數(shù)據(jù) 處理獲取數(shù)據(jù)主要是處理各功能模塊反饋給單片機(jī)的數(shù)據(jù)，通過(guò)不同的數(shù)據(jù)單片機(jī)做出相應(yīng)的操作。 (1)聲控模塊:單片機(jī)獲取到低電平信號(hào)，便打開(kāi)路燈延時(shí)一段時(shí)間后路燈熄滅，如果一直獲取到低電平信號(hào)路燈將一直打開(kāi)。 (2)光控制模塊:單片機(jī)獲取到光強(qiáng)數(shù)據(jù)，如果該數(shù)據(jù)大于設(shè)定值，路燈處于熄滅狀態(tài)，反之路燈點(diǎn)亮，一旦光由弱變強(qiáng)并超出設(shè)定值，路燈將會(huì)延時(shí)一段時(shí)間后熄滅。 (3)時(shí)鐘控制模塊:單片機(jī)獲取到時(shí)鐘數(shù)據(jù)，如果時(shí)鐘數(shù)據(jù)等于設(shè)定開(kāi)燈時(shí)間時(shí)，路燈點(diǎn)亮，直到時(shí)鐘數(shù)據(jù)等于設(shè)定關(guān)燈時(shí)間時(shí)，路燈才會(huì)熄滅。 (4)紅外控制模塊:單片機(jī)獲取到低電平信號(hào)，便將路燈點(diǎn)亮延時(shí)一段時(shí)間后路燈熄滅，如果一直有低電平信號(hào)，路燈將一直點(diǎn)亮;一旦獲取到高電平信號(hào)，路燈將延時(shí)一段時(shí)間后熄滅。 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1 STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 3.1.1 STC89C52RC單片機(jī)的特性 STC89C52RC是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的STC89C52RC單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 STC89C52RC單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.1所示: 圖3.1 STC89C52RC單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 單片機(jī)性能參數(shù): (1)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 (2)8KB可反復(fù)擦寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器 (3)1000次擦寫(xiě)周期 (4)時(shí)鐘頻率范圍:0Hz24MHz (5)3級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 (6)1288B內(nèi)部RAM (7)32個(gè)可編程I/O接口線 (8)2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 (9)6個(gè)中斷源 (10)可編程串行UART通道 (11)低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述: STC89C52RC提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8KB的Flash閃速存儲(chǔ)器，256B內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O接口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，STC89C52RC可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時(shí)/計(jì)第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 STC89C52RC單片機(jī)引腳分配圖如圖3.2所示: 圖3.2 STC89C52RC單片機(jī)引腳圖 STC89C52RC單片機(jī)引腳功能: (1)P0口:P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 (2)P1口:P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 (3)P2口:P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 (4)P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) P3口也可作為STC89C52RC的一些特殊功能口，如表3.1所示: 表3.1 P3口第二功能 引腳 功能 P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 /INT0(外部中斷0) P3.3 /INT1(外部中斷1) P3.4 T0(計(jì)時(shí)器0外部輸入) P3.5 T1(計(jì)時(shí)器1外部輸入) P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) P3.7 /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 (5)RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 (6)ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 (7)/PSEN:外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 (8)/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。 (9)XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 4-6(10)XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3.1.2 STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) STC單片機(jī)最小系統(tǒng)主要以STC單片機(jī)作為核心，再附帶一些是單片機(jī)能夠運(yùn)行的最小資源，主要包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及串口電路等部分，其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圖3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (1)時(shí)鐘電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般在單片機(jī)的引腳XTAL1和XTAL2之間接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容(典型值取30pF)，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，由于在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反向放大器，外接一個(gè)晶振后，構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。其電路如圖3.4所示。 X1X2Y1 11.0592M C10C11 30P30P圖3.4 時(shí)鐘電路 (2)復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般需要一個(gè)硬件復(fù)位電路，用于用戶的手動(dòng)復(fù)位，而51系列單片機(jī)是高電平復(fù)位有效。最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路由一個(gè)電阻(10k)、一個(gè)電容(10uF)和一個(gè)按鍵組成，其原理圖如圖3.5所示。接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。在電源接通調(diào)件下，通過(guò)按鍵操作使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，手動(dòng)復(fù)位是通過(guò)單片機(jī)復(fù)位引腳經(jīng)電阻和電源接通而實(shí)現(xiàn)的。 +5+ C12RST10uR310k圖3.5 復(fù)位電路 (3)串口電路 第 8 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 單片機(jī)串口電路如圖3.6所示，用于程序的下載。它是實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)與PC的串行通信接口亦稱(chēng)RS232接口。接口轉(zhuǎn)換芯片采用MAX232CPE。 +5J11 6U1+52DS1116C1+VCC7TL+C1C53+C31u1u81u32C1-V+4DS246C2+V-9RL +C25R1+C41u4.7K5151uC2-GNDDB9R2P3.11114T1INT1OUT4.7K107T2INT2OUTP3.01213 R1OUTR1IN98R2OUTR2INMAX232圖3.6單片機(jī)串口電路 3.2 時(shí)鐘控制電路模塊設(shè)計(jì) 3.2.1 DS1302芯片的特性 DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2.5,5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 DS1302的外部引腳功能表及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 表3.2 DS1302引腳功能表 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 功能 1 Vcc2 主電源 2,3 X1,X2 振蕩源，外接12MHZ晶振 4 GND 地線 5 /R/S/T 復(fù)位/片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 7 SCLK 串行數(shù)據(jù)輸入端 8 Vcc1 后備電源 第 9 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 圖3.7 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu) DS1302的寄存器: DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器(讀時(shí)81h,8Dh，寫(xiě)時(shí)80h,8Ch)與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)格式為BCD碼形式，如圖3.8所示。 圖3.8 DS1302有關(guān)日歷、時(shí)間的寄存器 此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)，一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H,FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫(xiě)操作;再一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的RAM31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫(xiě))、FFH(讀)。 DS1302控制字說(shuō)明: DS1302的控制字如圖3.9所示。 圖3.9 控制字(即地址及命令字節(jié)) 控制字的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到DS1302中;位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1(A4,A0)指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1第 10 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 表示進(jìn)行讀操作，控制字總是從最低位開(kāi)始輸出。 數(shù)據(jù)的輸入輸出: 在控制字指令輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從最低位(0位)開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制字指令后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿，讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)也是從最低位到最高位。數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序如圖7-9。 3.10所示圖3.10 數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序 3.2.2 時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì) 在時(shí)鐘控制模塊中，一般需要一個(gè)時(shí)鐘控制電路，用以提供時(shí)間信息(如:年、月、日、星期、時(shí)、分、秒)。時(shí)鐘控制電路主要由時(shí)鐘芯片和一些外圍電路構(gòu)成，這次設(shè)計(jì)我選用的是DS1302時(shí)鐘芯片，通過(guò)對(duì)DS1302的6號(hào)引腳(I/O)、5號(hào)引腳(/R/S/T)和7號(hào)引腳(SCLK)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)日期信息的讀取以及設(shè)定。時(shí)鐘控制電路中我選用和單片機(jī)相同的晶振(12MHZ)使產(chǎn)生的脈沖相同。 圖3.11時(shí)鐘控制電路 第 11 頁(yè) 共 41 頁(yè) 常州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3.3 光控電路模塊設(shè)計(jì) 3.3.1 ADC0832芯片的特性 ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎。 ADC0832 具有以下特點(diǎn): (1)8 位分辨率; (2)雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換; (3)輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容; (4)5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 05V 之間; (5)工作頻率為 250KHZ